道格拉斯·G马丁森Stammerjohn莎朗·E
介绍
厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)是其中最重要的贡献者年际变化在地球上(迪亚兹和Markgraf 2000)。这是一个非周期现象,往往会重新出现2到7年的范围内,这是清单的交替极端温暖(厄尔尼诺现象),冷(拉尼娜)事件。也有证据(2000年艾伦),非周期ENSO现象必须考虑与年代际气候波动数十年时间帧可能调制ENSO的低频率的变化。raybet雷竞技最新众多研究表明全球气候的影响与ENSO相关现象。进一步,有相当多的证据表明,ENSO影响中、高纬度地区的气候,和最近的一个分析(图S.1,下面讨论)提供了一个全球温暖和寒冷的照片ENSO的条件。raybet雷竞技最新因此,毫不奇怪,很多lte的网站从北极到南极,显示,因环境变量的波动的证据。
的准quintennial变化的时间尺度是仅次于季节性变化在推动全球天气模式。因此,在第二部分中一个重要的主题是世界范围内的影响因气候变化和tele-connected空间格局的变化。raybet雷竞技最新同样,一个共同的主题数本节中讨论生态系统是他们的高灵敏度,随后小气候变化放大,通过系统级联。例如,狭窄的温度阈值一个冰化为水相变可能创建生态系统明显的非线性响应是一个相对较小的温度变化(如演示的麦克默多干谷)。或者,这个狭窄的温度阈值可能转变大部分被冰覆盖的海洋生态系统(帕默
lte)更多的海洋海洋生态系统通过减少季节性和海冰的栖息地的大小。这么小的非线性放大气候变化可以增加内的生态响应和更可检测变化的自然背景。这里我们将探讨这些主题。
全球远程并置对比
为了说明ENSO变化的全球足迹,复合材料每年平均为厄尔尼诺和拉尼娜现象的表面空气温度(坐)和海表面温度(SST,雷诺兹和史密斯1994)生成的。SAT数据来源于美国国家环境预报中心的和国家大气研究中心(NCEP / NCAR再分析)(Kalnay et al . 1996年)为1980年到2000年期间避免缺乏数据早些年和分析问题在南大洋et al . 2001年)(基斯特勒公司。此外,使用数据从过去20年还避免了1970年代末的气候制度转变。raybet雷竞技最新因此,这些结果反映了最近的ENSO远程并置对比。
我们的分析包括两个平均步骤生成复合地图。首先,ENSO年ENSO的平均包括数据从6月开始到次年5月。然后,数据从所有发现厄尔尼诺(拉尼娜)年平均在一起产生一个厄尔尼诺(拉尼娜)复合(有关详细信息,请参阅刘et al . 2002年)。最后,厄尔尼诺和拉尼娜复合材料之间的差异揭示了全球ENSO远程并置对比模式在这两个温度场(图S.1a, b)。热烈异常特征的厄尔尼诺现象在热带太平洋中部和东部和南部热带印度洋和热带太平洋西部寒冷异常和亚热带太平洋两半球明显突出。与1 - 2.5°C温暖异常(固体轮廓图S.1a)坐在热带太平洋是一个大小相等的变暖南极东部罗斯和冷却(虚线轮廓)约为1.5°C在别林斯高晋海和威德尔海。作为ENSO足迹的一部分,这种不同相的关系在太平洋和大西洋南极代表一个部门的高纬度地区的气候raybet雷竞技最新模式叫南极偶极子(元2000年马丁森,2001)。南极的北半球对应偶极子出现在坐的加拿大/格陵兰加拿大西部和东北部地区。
在北极和热带地区之间,还有一个大型冷却异常(约1°C)亚热带地区的美国西南部(除了冷却异常在亚热带北部和南部太平洋前面所提到的)。这显然分析揭示了一个全球ENSO足迹。类似telecon-nection模式存在于对海温场(图S.1b),除了温暖的热带地区异常温暖的两倍在极地地区异常。此外,ENSO信号不仅出现在海洋表面温度也被发现。极地海洋垂直结构的研究表明,在威德尔环流(南极亚寒带大西洋和西印度洋)上层海洋热含量、盐预算,和水柱稳定与ENSO指数(马丁森努志,2003)。
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图S.1(一)复合表面空气温度的差异(坐,°C)厄尔尼诺(1982 - 1983,1986 - 1987,1987 - 1988,1991 - 1992,1997 - 1998)和拉尼娜(19841985,1985 - 1986,1988 - 1989,1995 - 1996,1998 - 1999,1999 - 2000)年跨越1979 - 2000年NCEP / NCAR再分析。(a) (b)类似,除了史密斯雷诺兹和海表面温度(SST,°C)跨越1981 - 2000(刘et al . 2002年)。积极的温度显示为坚实的轮廓,负温度显示为虚线轮廓。
全球温度的ENSO足迹类似于空间模式显示在其他气候变量。raybet雷竞技最新例如,南极海冰浓度观察到卫星微波图像(Stammerjohn和史密斯1996;Comiso et al . 1997年)也显示了ENSO远程并置对比模式。奇异值分解),一个强有力的分析工具通常用来隔离两个气候领域的空间模式,往往在时间和共变另一个(布雷瑟et al . 1992;raybet雷竞技最新华莱士et al . 1992年),是用于全球sat和南极海冰浓度。图S.2显示了空间格局的主要计算模式在这两个变量。坐中的主要空间格局显示惊人地相似ENSO足迹显示在图S.1a的综合分析。加上此模式降低海冰浓度与中部和东部太平洋异常变暖南极的部门,和海冰浓度增加
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图S.1(一)复合表面空气温度的差异(坐,°C)厄尔尼诺(1982 - 1983,1986 - 1987,1987 - 1988,1991 - 1992,1997 - 1998)和拉尼娜(19841985,1985 - 1986,1988 - 1989,1995 - 1996,1998 - 1999,1999 - 2000)年跨越1979 - 2000年NCEP / NCAR再分析。(a) (b)类似,除了史密斯雷诺兹和海表面温度(SST,°C)跨越1981 - 2000(刘et al . 2002年)。积极的温度显示为坚实的轮廓,负温度显示为虚线轮廓。
图S.2空间模式在全球坐异常领域领先的耦合模式(a)和南极海冰异常浓度场(b)派生的奇异值分解(圣)分析。方总协方差解释这种模式是15%。海冰浓度数据来自卫星微波观测从1978年9月到1999年12月,而坐在数据取自同期NCEP / NCAR再分析。正(负)异常表现为固体(虚线)轮廓和在任意单位。
图S.2空间模式在全球坐异常领域领先的耦合模式(a)和南极海冰异常浓度场(b)派生的奇异值分解(圣)分析。方总协方差解释这种模式是15%。海冰浓度数据来自卫星微波观测从1978年9月到1999年12月,而坐在数据取自同期NCEP / NCAR再分析。正(负)异常表现为固体(虚线)轮廓和在任意单位。
关联与冷却在别林斯高晋海和威德尔海异常(即。在海里,南极的偶极子冰原)。这一分析表明,南极海冰的偶极子场区域加上坐的偶极子与热带ENSO相关字段和远程模式作为全球ENSO tele-connection。时间两者之间的相关系数空间模式如图S.2为0.8,表明空间变化模式中观察到海冰字段(如图S.2b)是最有可能与温度场的空间变化模式(如图S.2a)。这是符合元马丁森(2000),发现统计上显著的去趋势之间的相关性冰边缘偶极子地区的异常和热带ENSO指数。
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图S.3第二月度全球坐着美国降水之间的耦合模式派生的计算分析。方总协方差解释这种模式是3%。温度和降水数据跨越1975年1月至1996年12月。降水数据被NCAR气象站的数据提供。正(负)异常表现为固体(虚线)轮廓和在任意单位。lte网站符号如表1.1中给出。
另一个例子的全球ENSO远程并置对比模式是由全球坐和降水之间的计算分析在美国(图S.3)。每月的降水数据来自美国历史气候网络可用的气象站raybet雷竞技最新国家气候数据中心raybet雷竞技最新(美国国家气象资料中心)。这个数据集提供了高质量和长期气候研究气象数据(东方国家的人,皮特森1995)。raybet雷竞技最新第二个耦合模式揭示了全球ENSO好远程并置对比模式在SAT领域。与SAT模式是一个有关降水模式反映了正常降水在西南、中西部和东南部的美国(Cayan 1996;Cayan和彼得森1989),低于正常降水在西北方向,东北俄亥俄山谷,和美国在ENSO暖阶段(冷亦然
阶段)。这些降水模式是一致的,例如,从几个lte网站报道模式,讨论了下。
两个途径可以运输气候信号从低到高纬度:海洋和大气大桥桥raybet雷竞技最新梁。尽管许多研究人员研究了热带大气路径链接和高纬度地区,底层机制仍然知之甚少。在南半球,早期的研究表明的可变性热带对流生成罗斯比波传播异常大气信号从热带地区in-traseasonal时间表(Mo和希金斯1998;Renwick和瑞1999)。这些罗斯比波构成一个正压站波列的交替异常压力/高度字段扩展偏西风为主从亚热带太平洋附近的澳大利亚,在南极半岛,进入西南大西洋,形成美国Pacific-South (PSA)模式。PSA调制在年际时间尺度,亚热带的力量和变化阶段飞机,极面喷射,阿蒙森海低,包括PSA模式(Mo和Ghil 1987;卡1989;密苏里州和希金斯1998)。
除了罗斯贝波假说,最近的一项研究(刘et al . 2002年)表明,区域平均经向环流的变化(组成的哈德利、套圈和极性细胞)也驱使tropical-polar远程并置对比。这项研究表明,ENSO事件区域的强度变化套圈细胞。例如,向极热传输低水平的套圈细胞在南太平洋厄尔尼诺年比在拉尼娜年大,相反的发生在别林斯高晋海和威德尔海(即。南极Fer-rel细胞中偶极子可变性)。他和他的同事们(他et al . 2002年)表明,区域套圈的变化与ENSO相关细胞变化影响的温度和海冰字段在南部高纬度的调制意味着经向热通量。这些全球远程并置对比提供了气候变化的联系中观察到的空间分散lte网站。raybet雷竞技最新
lte网站反应
许多美国和国际lte站点位于全球ENSO足迹。是好的,但并不详细,格陵兰岛之间的一致性的概述分析(表6.3),显示力量(如由相关分析)选择lte SOI的站点位置(图1.1),这里的温暖和寒冷的位置显示复合表面空气温度(图S.1a)。也有良好的概述分析之间的一致性(表6.3),因降水(图S.3b)在美国。特别是,美国西南航空(中央亚利桑那、帽;JRN Jornada盆地;Sevilleta塞)和美国西北部(安德鲁斯,)早些时候相关分析之间的一致性和计算派生模式。网站在东北(哈佛商业评论,HFR)和中西部(NWT KNZ, SGS)显示,Greendland弱相关的分析区域显示如图S.3b异常相对较低。缺乏完整的同余的一个原因是,各种指数(SOI南方涛动指数;厄尔尼诺-南方涛动(ENSO);多元ENSO
指数、美;等等),虽然高度相关,但并不完全相同。Tren-berth(1997)指出的那样,这两个指数的定义,这是不断进化的,和索引的基本期气候学可以改变空间相干、颞可变性,和随后的各种环境变量相关性分析。除此之外,有几个要求一个ENSO信号被印在一个生态系统。首先,给定的位置(即。,lte站点位置如图1.1所示)必须在ENSO远程并置对比足迹。图S.1和S.3b提供一个视觉指示可能的空间一致性的lte网站因温度或降水变化,分别。第二,生态的力量应对气候变化本身是高度可变的,如上所概述的格陵兰岛(第六章),依赖于许多因素,包括先raybet雷竞技最新前存在的条件下,可能的瀑布和阈值触发,生态系统特征时间尺度和线性或nonlinear-ity系统的响应。
美国西南部的干旱和半干旱生态系统(帽,塞夫,JRN)提供的示例系统,通常表现出强烈的反应沉淀。这些生态系统最密切相关的ENSO现象在秋天,冬天和春天。一些连接是足够强大,它可能会使季节性预测即将发生的条件基于关键指标前体(例如,7和15章)。在厄尔尼诺现象的条件下,降水和温度增加和减少,分别,而区域土壤水分通常减少赤字。在这些时期的降水抵消drought-driven影响生态系统,导致沙尘暴,火灾,植被的变化,和减少土壤水分、水的数量和质量,以及严重减少农业和畜牧业生产。也为帽Brazel和埃利斯讨论城市站点(第七章)、人造城市和农业生态系统可能会显示未预料到的和放大反馈关于climate-mediated生态系统的关系。raybet雷竞技最新因此,努力理解底层机制和提高预测能力有重要的经济和生态的动机。干态和湿态之间的振荡条件似乎是正常值的这些干旱和半干旱生态系统。过程,这些生态系统可能会调到quasi-quintennial时间不太清楚,特别是考虑到超过的世纪人为影响。Brazel和埃利斯(第七章)提供几个例子限制城乡生态系统的响应,通常通过几个复杂的级联,湿和干燥条件的交替。显然,ENSO信号是印在许多组件的干旱和半干旱生态系统经常显示放大,因为强烈的非线性响应。
形成鲜明对比的是美国西南部的生态系统,热带雨林在波多黎各(LUQ)每年的降水率最高的国家之一,仅显示一个弱,如果有的话,quasi-quintennial可变性对降水。(然而,它显示一个强烈反应温度符合表6.3和图S.1 LUQ网站。)Schaefer指出(第八章)、飓风影响波多黎各年平均间隔为9.5年。然而,大多数的极端降水事件并不是与飓风、热带风暴、或热带低压。再次,对于这个生态系统应对极端降雨事件非常非线性,75%的泥沙从流域出口oc低语在只有1%的天最大的降雨。Schaefer说,表面流水的最低必要的先决条件是沉积物动员和这发生每当降雨率超过表层土壤的导水率。同时,土壤侵蚀和泥沙沉积一般不回到之前的状态在一个极端的事件,和生物可能会或可能不会坚持剩下的土壤资源。因此,这些热带生态系统的一个重要特征是降水的非线性响应。因此,每年的降雨量的变化是更少的意义比极端事件的变化。
南极网站(MCM,朋友),温度是一个关键气候因子影响生态系统的结构和功能,因为它直接影响水的阶段状态。麦克默多干谷(MCM),温度的年际变化相对较小,阴沉,太阳辐射和确定的天数零上,因此液体水的可用性。反过来,这液体水的可用性是一个重要的驱动程序的功能和生物多样性MCM的生态系统。南极海洋生态系统(PAL),相对较小的温度变化引起冰川融化,冰架的坍塌,和随后的海冰减少,影响营养级在这海洋大部分被冰覆盖的海洋生态系统。
冰化为水相变对南极生态系统,因此,临界温度阈值,引起非线性的生态响应。因此,生态系统对气候变化非常敏感。raybet雷竞技最新Mc-Murdo干谷有冷却在过去几十年(多兰et al . 2002年)。然而,相对较短的温度和压力记录与ENSO不表现出显著相关性(韦尔奇等人第十章)。相反,温度的趋势南极半岛西部区域(史密斯et al .,第9章)显示显著变暖,温度和海冰范围强烈与ENSO相关变化。汤普森和所罗门(2002)最近解释气候变化在南半球(SH)的SH环形模式(SAM),大规模的模式变化的特点是raybet雷竞技最新波动环极涡的强度。同时,刘et al。(2002)讨论了ENSO和高纬度南部气候远距离联系机制。raybet雷竞技最新这些作者提供的证据表明,照亮看似完全不同的趋势之间的关系观察到MCM和朋友。
南极半岛西部,帕默lte的位置(PAL),被认为是全球变暖的“热点”(2001年联合国政府间气候变化专门委员会)。史密斯和他的同事们(第9章)回顾和总结统计上显著的气候变化观测南极并讨论该地区的海洋生态系统的响应这些变化。raybet雷竞技最新这海大部分被冰覆盖的海洋生态系统位于相对温暖和潮湿的海上条件之间的北部和南部大陆冷和干燥条件。因此,一个小气候变化可以直接放大的纬度气候变raybet雷竞技最新化机制和后续的变化敏感的固体和液体阶段水之间的平衡。因此,气候变raybet雷竞技最新化成为放大,这身体强迫似乎影响生态系统的营养水平。这种影响相对直接,因为身体强迫和生态响应在海洋系统(斯蒂尔紧密耦合
1978)。有趣的是,生态响应最明显的看到的是人口规模和分布的上层掠食者。三个分布区重叠的生活史,同属的企鹅种类密切相关但不同的育种周期与他们喜欢的栖息地:无冰或冰雪覆盖的水域。这些物种的丰度和分布发生了改变的时机和季节性海冰范围的大小。虽然机制,控制气候变化的生态反应条件不完全理解,paleoecological记录也表明气候变化和生态响应之间的紧密耦合。raybet雷竞技最新正如作者指出的,这意味着气候变化引起的生态效应迅速通过系统级联。raybet雷竞技最新
麦克默多干谷(MCM)寒冷的沙漠组成的高山冰川的马赛克,暴露的基石,短暂的溪流,干旱的土壤,常年冰雪覆盖的湖泊。韦尔奇和他的同事们(第十章)强调非线性和放大的影响敏感的固体和液体水的平衡。这个生态系统影响raybet雷竞技最新的关键气候参数是那些影响固体到液体水的转换:温度、太阳辐射和降水。液态水以来仍是主要限制条件MCM的生活,任何这样的气候变化对水文预算产生重大影响和随后的级联系统。raybet雷竞技最新尽管这个生态系统敏感性小规模气候变化(相对于温带),韦尔奇和他的同事们发现,温度和压力记录与ENSO不表现出显著raybet雷竞技最新相关性。就像作者说的,这可能是因为太短,露出的记录统计上显著的趋势。这也可能是由于因温度影响相对没那么强烈的在这一领域,如图S.1建议。
总结
全球远程并置对比模式(数据S.1-S.3)前面讨论的显示一个非常广泛的时空一致性。这里显示的分析是独一无二的,因为它包括高纬度地区。因此,lte网站从北极到南极可以放置在这些全球模式。其他研究(Allan 2000)和第三部分的章节本卷目前证据表明,这里讨论的“古典”ENSO-like模式必须考虑在一个较低的频率包络的并发十年数十年时间。同样,在长时间尺度,有越来越多的证据表明,ENSO不得空间或者暂时稳定,所以这里显示的模式预计将在长期内不同。这加强了各种时间尺度的想法用于组织这本书不能被完全隔离和气候强迫和生态响应跨广泛的不同时间和空间尺度。raybet雷竞技最新
本节中讨论了一些生态系统(帽,LUQ,朋友,MCM)拥有ENSO气候模式的过程,即生态系统非线性放大了可观测的反应。这些网站也在外边杰出的集群的站点分布在年平均气温和降水量的阴谋,如图1.2所示。Ecosys显微镜将在响应和对气候变化的敏感性不同。raybet雷竞技最新我们可以推测可能的生态系统特征,使网站可能会显示更多的可观察到的响应在时间尺度气候变化讨论在本节中包括一个位置在ENSO远程并置对比足迹的可变性强,与气候生态系统非线性放大,“边缘”对温度和/或降水的平均值。raybet雷竞技最新
引用
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第三部分
年代际时间尺度
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